Wann bezog sich das „Resilvering“ von großen Teleskopspiegeln eigentlich auf Aluminisierung, und warum war es notwendig?

Amateur-Teleskop- und Spiegelhersteller hier. Ich bin mir nicht sicher, ob ich als "zitierfähige Quelle" qualifiziert bin, aber hier ist es trotzdem:

Alle Metalle laufen irgendwann an. Es kann lange dauern, aber es wird passieren. Der Prozess ist nicht immer vollständig chemisch. Manchmal ist es rein mechanisch (Abrieb). Andere Male liegt es dazwischen. Oberflächenphänomene sind komplex.

Auch goldbeschichtete Spiegel laufen an. Sie könnten Gold für Infrarotbeobachtungen verwenden. Aber egal, wie sehr Sie sich darum kümmern, irgendwann müssen Sie es neu beschichten. Sicher, Gold hält ziemlich lange, aber nicht einmal Gold hält ewig.

Aluminium ist mit einer natürlichen Schicht aus farblosem Saphir (Aluminiumoxid) überzogen, die das Metall vor weiterer Zerstörung schützt – Saphir ist sehr hart und chemisch sehr reaktionsträge. Aber Sauerstoff diffundiert immer noch durch Saphir (wenn auch extrem langsam), ebenso wie andere Korrosionsmittel wie Schwefeloxide, Meersalz usw.

Also, ja, Silber durch Aluminium zu ersetzen, war eine Verbesserung. Aber auch Aluminium hält nicht ewig. In der Praxis verdoppeln Sie vielleicht die Lebensdauer der Reflexionsschicht, wenn Sie von Silber auf Aluminium umsteigen.

Es sollte beachtet werden, dass Silber immer noch verwendet wird. Aluminium ist heutzutage am beliebtesten, aber Sie finden immer noch silberbeschichtete Spiegel (sein Reflexionsvermögen ist höher als bei Aluminium), goldbeschichtete (für Infrarot) usw.

Es gibt weitere Beschichtungstechniken, wie das Aufschichten von Siliziumoxid auf Metall, die die Lebensdauer jeder Art von Metall weiter verbessern.

Es ist eine ganze Weile ohne Aktivität her, also werde ich eine Antwort basierend auf meinem Kommentar posten .

tl;dr: Es begann in den 1930er Jahren, aber selbst das Kepler-Weltraumteleskop verwendete noch Silber!

Dieser Beitrag auf cloudynights.com sagt:

Aluminisierende Spiegel wurden von John Strong in den frühen 1930er Jahren entwickelt. Man kann darüber in seinem Buch „ Procedures in Experimental Physics “ nachlesen

Aus https://archive.org/details/ProceduresInExperimentalPhysics/page/n181 von Archive.org

Der 40-Zoll-Tank, Abbildung 13, zeigt die Art der Ausrüstung, die am California Institute of Technology für größere Spiegel verwendet wird. Es wurden noch größere Systeme verwendet ²⁶

²⁶ http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1936ApJ....83..401S The Evaporation Process and its Application to the Aluminizing of Large Telescope Mirrors auch hier

Aus diesem Papier:

OXIDFILME AUF ALUMINIUM

Der Aluminiumfilm wird automatisch durch einen Oxidfilm (vermutlich Korund, Al2O3 oder Bauxit, Al2O3*2H20) vor dem Anlaufen geschützt, der sich zu bilden beginnt, sobald das Aluminium mit Luft in Berührung kommt. Dieses Oxid wird mit der Zeit für etwa sechzig Tage dicker, wenn es sehr hart und zäh ist, und bildet eine Oberfläche, die beim Abstauben und Reinigen nicht leicht zerkratzt wird.

Die Bildung des Aluminiumoxidfilms auf einer freiliegenden metallischen Aluminiumoberfläche wurde von Vernon untersucht,31 der die Probe mit einer Genauigkeit von 1/100 mg wog und die Gewichtszunahme aufgrund von Oxidation als Funktion der Zeit aufzeichnete. Die Zeitspanne, die der Oxidfilm benötigte, um seine natürliche Dicke zu erreichen, betrug sieben bis vierzehn Tage. Danach blieb die Dicke des Films nahezu konstant bei 100 Å.

Diese Oxidschicht ist natürlich zu dünn, um Interferenzeffekte zu ergeben. Es könnte jedoch viel dicker sein und aufgrund seiner Transparenz und des hohen Reflexionsvermögens des darunter liegenden Aluminiums immer noch nicht stören.32

Der Artikel zeigt, warum zeigt einen zusätzlichen Grund, warum Aluminium für Astronomen attraktiver war als Silber, auch wenn die Aluminiumisierung ein herausfordernder und schwieriger Prozess war, Spektralbereich!

Wikipedias Versilberung

Ein 1930 vom Caltech-Physiker und Astronomen John Strong erfundenes Aluminium-Vakuumabscheidungsverfahren führte dazu, dass die meisten Spiegelteleskope auf Aluminium umstellten. ⁹ Dennoch verwenden einige moderne Teleskope Silber, wie das Kepler-Weltraumobservatorium. Das Silber des Kepler-Spiegels wurde unter Verwendung von ionenunterstützter Verdampfung aufgebracht.

⁹ Quelle

Aus dieser archivierten Quelle ein Beitrag von Jim Destefani: Spieglein, Spieglein – das Hale-Teleskop optisch scharf halten :

Warum reinigen? Man könnte meinen, der Hale-Spiegel, der tief in die Teleskoparbeiten in der Kuppel des Observatoriums eingebettet ist, wäre relativ geschützt vor Schmutz und Erde. Teleskopspiegel werden jedoch häufig verwendet, und das Hale-Teleskop ist da keine Ausnahme. Laut W. Scott Kardel vom Palomar-Observatorium wird das 200-Zoll-Hale-Teleskop des Observatoriums durchschnittlich 300 Nächte pro Jahr genutzt. Selbst bei wöchentlicher Reinigung müssen Spiegel regelmäßig mit einer neuen Schicht aus reflektierendem Aluminium versehen werden.

„Zu den Verschmutzungen, die sich auf dem Spiegel ansammeln können, gehören Maschinenöle“, erklärt Kardel. „Wir haben Motoren, die die Teleskopanlagen antreiben, die mehr als 60 Jahre alt sind. Einige davon hängen über dem Hauptspiegel, weil wir auch kleinere Spiegel verwenden, die ein- und ausgefahren werden müssen. Gelegentlich kann einer der Motoren undicht werden. Öl kann auch woanders herkommen.“

Andere mögliche Verschmutzungen sind gelegentliche Regentropfen oder Kondenswasser, die Wasserflecken hinterlassen. „Ein Wasserfleck mit etwas Staub oder Feuerasche kann zum Beispiel tatsächlich eine Säure bilden“, sagt Kardel. Das geht bei einer optisch möglichst perfekten Oberfläche natürlich nicht.

Um routinemäßige Schmutzansammlungen zu bekämpfen, führt das Observatoriumspersonal eine wöchentliche Kohlendioxidbestäubung der Spiegeloberfläche durch. Aber auch das entfernt keine Wasserflecken.

Schließlich verschlechtert sich die Spiegeloberfläche bis zu einem Punkt, an dem eine vollständige Aufarbeitung einschließlich Reinigung, Ablösen der alten vakuummetallisierten Aluminiumbeschichtung und Neubeschichtung erforderlich wird. „Historisch gesehen haben wir etwa alle 18 Monate bis zwei Jahre eine vollständige Abisolierung, Reinigung und Neumetallisierung durchgeführt“, sagt Bruce Baker, Senior-Facharbeiter am Observatory. „Natürlich hängt ein Teil davon von der Planung des Teleskops und seiner Verwendung ab.“

Aluminium bildet schnell ein natürliches Oxid, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird. Aluminium ist unglaublich exotherm reaktiv mit Sauerstoff. Der resultierende dünne Al2O3- oder Aluminiumoxidfilm ist nur wenige 10 Angström dick, aber die Reaktion ist selbstbegrenzend, da die resultierende Schicht von keinem weiteren Sauerstoff durchdrungen werden kann, sobald sie diese Dicke erreicht hat. Es ist aus ähnlichen Gründen ein bisschen ähnlich wie die Bildung von nativen Oxiden auf Silizium.

Hier ist ein Beispiel, wie die "Neuversilberung" des Hale 200-Zoll-Spiegels aussieht. Zwischen 01:00und 01:30können Sie sehen, was für ein aufwendiges Projekt es sein kann, einfach den Spiegel zu waschen. An diesem Punkt ist es wahrscheinlich eine bessere Idee, die Oberfläche zu erneuern, als zu versuchen, dies zu tun, ohne eine vorhandene Aluminiumoberfläche zu beschädigen.

Die Abhandlung Reflectivity Degradation Rates of Aluminium Coatings in den CFHT Publications of the Astronomical Society of the Pacific, v.109, p.303-306 zeigt, dass Aluminiumspiegel, die regelmäßig gewaschen werden, ohne erneute Oberflächenbehandlung in Ordnung sind.

Die experimentellen Daten in der Arbeit unterstützen die Grundlagenforschung; natives Aluminiumoxid bildet sich schnell, bleibt sehr sehr dünn (zig Ångström) und wird zu einer dauerhaften Barriere für die weitere Reaktion des Aluminiums. Aluminiumoxid ist ebenfalls unreaktiv; Aluminiumoxidkeramiken werden aufgrund ihrer Nichtreaktivität in einer Vielzahl von chemisch reaktiven und korrosiven Situationen verwendet.

Aluminisierte Spiegel müssen von Zeit zu Zeit erneuert werden, wenn die Reinigung mit Wasser und Seife mehr Schaden anrichten als nützen würde, weil Schmutz an der Oberfläche des Spiegels haften bleibt. Dies geschieht nicht, weil die Unversehrtheit des Aluminiums beeinträchtigt wird, sondern weil es aus praktischen Gründen die bessere Wahl ist als die Reinigung.

GIF ("Blink-Komparator")

Von http://global.kyocera.com/fcworld/charact/chemistry/chemiresist.html - Aluminiumoxid kann im Vergleich zu anderen Materialien möglicherweise bemerkenswert widerstandsfähig gegen chemische Angriffe sein - beachten Sie die logarithmische Skala.

Die einzelnen Figuren:

Ich entschuldige mich für die Länge dieser Antwort, aber dies ist ein kompliziertes Thema. Danke euch allen.

Ich besitze seit vielen Jahren einen Fotoladen und bin seit über 60 Jahren im Bereich Fotografie tätig. Ich begann mit der Fotografie über Astronomie in der High School. Ging an die University of Iowa, fing in Physik und Astronomie an, aber meine mathematischen Fähigkeiten reichten nicht aus, also ging ich zu Radio-TV-Film. Die Physik war eine großartige Grundlage für die Fotografie, wie Sie sich sicher vorstellen können.

Ich wusste gerade genug Physik und Naturwissenschaften, um eine Gefahr für mich selbst und die um mich herum darzustellen.

Vor einigen Jahren kam ein Produkt namens ROR (Residual Oil Remover) auf den Markt, erfunden von einem Mann aus Illinois, den ich zufällig kannte. Seine Prämisse war, dass in der heutigen Welt ein Großteil des „Schmutzes und Staubs“, den wir auf Optiken aller Art wahrnehmen, in mikroskopischen Öltröpfchen in der Atmosphäre schwebt, und wenn wir eine Brille tragen und hineingehen oder uns bewegen, diese mikroskopischen Tröpfchen , die auch Schmutz/Staub aller Art enthalten, beschichten optische Oberflächen und alles andere, und wir atmen das Zeug.

Ich würde vermuten, dass diese ölige Ablagerung auch eine Ursache für die „schnelle“ Verschlechterung optischer Beschichtungen auf Teleskopspiegeln sein kann, sie baut sich im Laufe der Zeit auf, trocknet und bildet eine klebrige oder klebrige Schicht, die auch zur Bildung von Staub und Schmutz führt schneller auf.

Wenn Sie ROR in einem örtlichen Fotogeschäft (oder ähnlichem) finden können, besorgen Sie sich eine Flasche. Ich habe ein Kleenex-Taschentuch verwendet, um meine Brille zu reinigen. Sprühen Sie das ROR direkt auf das Glas, beide Seiten, nur eine Linse, reiben Sie es vorsichtig, bis es trocknet, setzen Sie dann die Brille auf und vergleichen Sie die Ansichten, Sie sollten staunen. Der andere Effekt von ROR war, dass, wenn Sie das Glas einmal und dann ein zweites Mal reinigen, das Glas einfach rutschig wird. Das ROR reinigt irgendwie die Mikroporen des Glases und entfernt das tief liegende klebrige, ölige Material.

Natürlich kann es meines Wissens auf jeder optischen Glasoberfläche verwendet werden

Soweit ich mich erinnere, wurde es von der NASA, dem FBI, Nat Geo usw. unterstützt, also gute Referenzen.